加压-常压精馏分离甲醇-碳酸二甲酯的相平衡和流程模拟

1、加压-常压精馏分离甲醇-碳酸二甲酯的相平衡和流程模拟 aspen模拟碳酸二甲酯反应精馏参考资料 维普资讯 第 3卷第 5期 2 0 0 3年 l 0月 过程工程学报Th i s o r a fP o e sEn ie rn e Chne eJ u n lo r c s gn e ig Vb . 13 No. 5 Oc . 0 3 t2 0 加压一常压精馏分别甲醇一酸二甲酯的相平衡和流程模拟碳李春山，张香平，张锁江，徐全清(中国科学院过程工程讨论所，北京 10 S) 0 0 0 摘一 要：变压精馏是分别共沸混合物的有效方法 .本文在计算机模拟和分析的基础上 .提出了加压 常压串联分别甲醇酸二甲酯

2、共沸体系的工艺方法 .采纳 U Q碳 NI UAC方程来表征甲醇酸二甲碳酯二元共沸体系的气液平衡 .依据试验数据，回来了该热力学模型中的交互作用参数，型的计算模结果与实际数据吻合 .模型的适用范围为：压力 0 1 . MP,温度 3 7- 0K.基于平衡级模型， .1 a 5 3 44 对加压精馏塔进行了模拟计算.分析了各主要操作参数对分别效率、产品纯度及操作费用的影响 . 在对加压一压串联流程模拟的基础上，得到了最佳分别操作工艺参数 .模拟结果对工业过程的设常计和改造具有肯定的指导意义 . aspen模拟碳酸二甲酯反应精馏参考资料 维普资讯 44 5 过程工程学报 3卷 2甲醇一酸二甲酯体系

3、的热力学分析 碳模拟计算的牢靠性取决于基础数据和热力学模型 计算的精准性 .文在 Me - MC体系已本 OH D 有气液平衡实 ( xy P )的基础上， r -)和( _【 - t 7】建立了适用的热力学模型，并对模型中的交互作用参数进行了回来，将模型的计算结果与试验数据进行了比较 .2 1M 0 -M . e H D 0体系热力学模型的建立 Me - MC二元体系的显著特点是在不同压力下形成不同组成的共沸物，是典型的非抱负 OH D 体系.本文采纳 UN Q I UAC方程计算该体系液相各组份的活度系数，气相的非抱负性则采纳 R K方程来校正 . NI UAC方程的表达式为 U Qr,

4、、 , 、 h q鲁 卜l i I n一 I n其中 /= ( ) / j,=x(+, =, (-i lr,= ( q e a/), 0x ) p = q+- ),z 1, o为模型中各组份的交互作用参数 .= 0 a-, 利用表 1中常压下的气液平衡数据【及表 3中 Me H- O DMC的不同压力下的共沸试验数据 7 1 对U Q NI UAC模型中的二元交互作用参数进行了回来，到如表 2得所示的参数值 .所得模型的适用范围为：压力 01 15 a . . MP,温度 3 7 4 0K. 3 -4 表 1 0 . P 1 13 k a下 M O 1一 M ()系的卜试验数据 e H() D

5、 C 2体() K3 63 5 .4 X I0.4 O 47 y _ l0.2 2 58 ( K)3 845 3 . 05 1 .6 0 Y t0.2 7 64 3 29 5 .83 9 1 4 .3 00 1 .8 5O. 3 9 1 1 0.2 3 970.2 2 4 8 3 78 3 .73 74 3 .9 O6 1 . 2 406 5 .7 6 07 7 .3 40. 6 7 69 3 43 4 -3 3 31 4 .7 3 O7 4 .63 9.9 3 4 3 88 3 .8 02 5 .2 4 026 0 . 1 03 5 .6 404 3 . 9 04 7 .98 0.49 5

6、3 05 0 .81 0. 4 2 6 706 4 .8 0.0 7 71 3 69 3 .9 3 .0 37 o 3 7. 3 3 O3 71 3 .5 3 7.2 3 5 08 8 .2 3 08 2 .5 2 08 6 .7 10 9 5 .3 6 09 9 . 7 4 08 2 .40 O 8 34 .5 0.6 9 8709l 7 . 8 0.68 9 6 表 2 U IU C方程中的交互作用参数 NO AT be2 Biayitrcinp rmeeso te a l n r eat aa tr fh QUAC e u t nfr O DM Cs s m n o UNI q ai o

7、 o Me H t ye O1 3 . 01 O2 2 .O 6 04 5 .0 2 06 7 .0 8 0 81 4 . 0 1O1 . 3 15l . 9 3 7 1 3 .5 3 51 5 .5 3 7 1 7 .5 3 .5 91 1 4 2 1 O .5 41 . 5 11 4 8 1 2 .5 7 0 0. 7 4 3. 7 3 9. 8 . 25 8 2 5. 8 6 7. 9 0 3. 3 O 2 . 66 2 . 07 1 . 75 1 . 48 1 . 24 70 . 6 6 9.9 7 4 3. 7 .7 87 8 4 2.8 8 .9 54 8 .9 78 92 6 .

8、0- - 04 . 0. 5 O O6 .6 00 .2 0. 4 3 0_3 3 04 . O.2 3 一 1O .3 01 .5 - 2.6 5 _ I o. l 19 .5 2.4 3- - 5. 7l 19 .6 Noe 1 RD()n 2 d n t lt e e it nfr OH() n t: ) 1a dPD( ) e oer a v vai ei d o o Me 1 a dDMC()s e t ey 2, p ci l; v2 AR d n ts v rg lt ed vain ) D e oe ea e eai e it . a r v o aspen模拟碳酸二甲酯反应精

9、馏参考资料 维普资讯 5期 李春山等：加压一常压精馏分别甲醇碳酸二甲酯的相平衡和流程模拟 45 5 2 2计算结果分析与比较 .为了验证以上热力学模型的牢靠性，对模型的计算值和试验值进行了比较 .表 3为不同压力下 Me H- O DMC体系的共沸组成的试验值和计算值的比较 .从表中可见，甲醇组成的平均相对误 差为 03%, MC组成的平均相对误差为 1 8 . 2 D .%.利用回来参数计算出的数据与试验数据能较好地 9吻合，表明所选用模型适用，参数回来精准 .从而保证了热力学模型计算的牢靠性，为分别过程模拟供应了牢靠的理论依据 . 3加压一常压串联分别 M 0 -M e H DC共沸物的模

10、拟计算及商量3 1变压分别 M O - M . o H D C共沸物的可行性分析 利用回来的热力学参数对不同压力下的相图进行预报，通过相图对变压分别的可行性进行分析 .图 1为 01和 1 VP . . 1 a下所对应的 Me 5 OH()DMC 2的 1- () MP a下所对应的 Mc H(HD () O 1 MC 2的相图以及局部放大图.图 2为 1 . 5 y图以及局部放大图.相 x1 X1 图 l .和 1 a下 Me O1 . MP 5 OH()DMC 2体系的 1- () 相图 Fg1 - a rm f e i. xyt ga o M OH(卜DMC() t . a d1 P i

11、 f 1 2 a 1 n . M a O 5 y, 1 1x 图 2 1 a F Mc . MP OH() DMC() 5 1和 2的 相图 Fg2 i. da rm f c iga o M OH() D C 2 a . MP 1 M () t 5 a - 1 从图 1知，常压下 Mc H- MC共沸组成为 Me H 0 c,可 O D O 7%( )DMC 3%( (图点) o 0 如，随压力的增大， MC在液相中含量削减，偏离了常压下的共沸点，形成新的共沸组成 (图点) D如 .当压力增大至 1 a时， OH和 D . MP 5 Me MC的共沸组成为 Mc 3 c, MC 7 .由于常压

12、共沸物 OH 9%( )D%( o组成(点 )于加压共沸点 B的左侧，如图 2所示，通过精馏，塔顶可以得到 15 a的 Me H-位 . MP下 O DMC共沸物点)论上塔底可以得到纯的 DMC产品(,理 C点) .因此，全可以利用变压的方法来完分别 Me - OH DMC体系 . aspen模拟碳酸二甲酯反应精馏参考资料 维普资讯 46 5 过程工程学报u 0正 cE Rv o:o J】 n I苗 .c o oo 3卷 奄 . Eg o En8苗望。 qc I .8 o c s 昌 8 C lmnpe s r MP ) ou rs ue( a Sa en mb s tg u er 图 4精馏

13、塔操作压力与塔釜 DMC浓度的关系图 5理论塔板数与塔釜 DMC浓度及设备投资费用关系F g 4 Efe to h itl to o u i . f c ft e d sil i n c l mn p e s r a r su e o t eDM C o c n r to t eb t m nh c n e ta i n a t h ot o F g 5Efe to t esa en mb ro h eDM C o c n r t n i. f c f h t g u e nt c n e tai o a t eb to a d e ui me t n e t e t t h o t m n

14、q p n si v sm n ()塔板数的灵敏度分析：加压分别塔理论塔板数与塔釜 D 3 MC浓度以及设备投资费用的关系见图 5 .从图中可以看出，分别的效果随精馏塔塔板数的增加而增加，但是操作费用和设备费用也会随之增加 .图中可以看出，当理论塔板数大于 3从 5时，曲线变得比较平缓 .为此，建议选择理论塔板数为 4 . 0 以上对影响该过程的主要操作参数进行了灵敏度分析，可以看出，每种影响因素都不是孤立的，单个灵敏度分析的结果必需与全局的综合分析结合起来考虑 .本文推举的工艺操作条件见表4. 表 40 _ - H DI c加压分别塔的最佳工艺参数 aspen模拟碳酸二甲酯反应精馏参考资料

15、维普资讯 5期 李春山等：加压一常压精馏分别甲醇碳酸二甲酯的相平衡和流程模拟 47 5 3 3加压一 .常压串联分别 M O - M o H D C共沸体系的过程模拟在加压分别过程中，基于流程优化以及实际操作费用的考虑，加压塔塔底的产品( DMC物流 )一 般不要求很高的纯度 .为了满足产品质量要求。 底料还需进一步提纯，从而形成了如图 6所示的加压一压串联分别 Me常 OH- DMC共沸物流引 .图 6中， T为加压精馏塔。物流 1 1为T1 Hi h p e s r o u: g - r s u ec l mn T2 At s e i l mn: mo ph rcc u o Me - OH

16、 DMC的常压共沸物。物流 2为加压塔顶采出，主要组份为 Me OH,返回系统循环用法 .物流 3为塔底采出的较高纯度的 DMC流股 . 2为常 T沸物，挺直与物流 1混合进入加压精馏塔再次进 压D MC精馏塔，物流 4为 Me - OH DMC的常压共 Fi . mbi d e a a i n ys e 0 i h- r s u e g 6 Co ne s p r to s t m fh g p e s rc l mn a d a mo p e i o u ou n t s h rc c l mn 图 6加压一常压流程图 行加压分别或返回反应体系，物流 5为满足纯度要求的 DMC产品.通过图

17、 6所示流程，可得到纯 度 95 c的 DMC产品.具体计算结果见表 5 9. o%( ) .表 5加压一常压串联分别 M 0 - M e f O C共沸体系的流股模拟计算结果 lTa l S m u a i n r s l ft e f ws e tf rs p r to fM e H- be5 i lto e u t o h o h e e a a n o s l o i O DM C a e to e z o r p 4结论 ()依据 Me H- 1 O DMC体系的常压和加压 P , _试验数据，对 U Q NI UAC方程中的二元交互作用参数进行了回来和估算，模型的计算结果与试验值吻合较好.对 DMC的平均相对误差为 18 .%.模型的适用范围为：压力 01 1 a度 3 74 0K. )对加压精馏塔的影响因素进行 9 . . MP,温 - 5 3- 4 ( - 2了灵敏度分析，据此确定了加压分别的工艺参数：理论塔板数 4